JP6583217B2 - 制御モジュール - Google Patents

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Description

本開示は、車両に設けられる熱交換ユニットの制御を行う制御モジュールに関する。
車両には複数の熱交換器が備えられる。このような熱交換器としては、例えば、内燃機関用の冷却水と空気との間で熱交換を行うためのラジエータや、空調用の冷媒と空気との間で熱交換を行うための室外熱交換器等が挙げられる。これら複数の熱交換器のうちのいくつかは、全体がユニット化され熱交換ユニットとして構成されることが多い。熱交換ユニットは、空気の流れ方向に沿って複数の熱交換器を重ねた状態で、車両の前方側部分に配置されるのが一般的である。
熱交換ユニットを通る冷媒の流れは、多くの場合、車両に設けられる車両用空調装置が所望の性能を発揮するように調整される。このような冷媒流れの調整は、例えば空調制御用に設けられた空調ECUが、冷凍サイクルにおけるコンプレッサの回転数や電動膨張弁の開度等を制御することにより行われる。
また、熱交換ユニットを通る冷却水の流れは、多くの場合、車両に設けられる内燃機関の温度が適温に維持されるように調整される。このような冷却水流れの調整は、内燃機関の制御用に設けられたエンジンECUが、冷却水を送り出すウォーターポンプの回転数や、流路を切り換えるための切り換え弁の動作等を制御することにより行われる。
下記特許文献1には、上記のように空調ECU(空調コントロールユニット)及びエンジンECU(エンジンコントロールユニット)のそれぞれによって動作を制御されるように構成された、熱交換ユニットの例が示されている。
特開2008−302721号公報
熱交換器ユニットには、上記のコンプレッサやウォーターポンプの他にも、3流体(冷媒、冷却水、空気)のそれぞれの流れを調整するための複数の装置が必要となる。熱交換器ユニットにおける冷媒と空気との熱交換、及び、冷却水と空気との熱交換が効率的に行われるためには、これら複数の装置の動作がばらばらに行われるのではなく、互いに連動して行われることが望ましい。
上記特許文献1に記載されている構成の熱交換ユニットにおいて、上記のような連動を実現するためには、主に冷媒の流れを制御する空調ECUと、主に冷却水の流れを制御するエンジンECUとの間で、双方向の通信を行う必要がある。しかしながら、ECU間の通信における遅延が発生すると、流体を制御する各種装置が適切なタイミングで動作しなくなってしまう。その結果、例えば、特定の時点におけるシャッタ開度が不適切であることに起因して冷媒圧力が上昇し過ぎてしまい、コンプレッサが緊急停止してしまうような事態も発生し得る。
本開示は、熱交換ユニットにおける冷媒、冷却水、及び空気の流れを調整するための複数の装置の動作を、適切に連動させることのできる制御モジュールを提供することにある。
本開示に係る制御モジュールは、車両(50)に設けられる熱交換ユニット(10,10A)の制御を行う制御モジュール(100,100A)である。上記熱交換ユニットは、空調用の冷媒と空気との熱交換を行う第1熱交換器(740)と、冷却水と空気との熱交換を行う第2熱交換器(31)と、第1熱交換器を通る冷媒の流れを調整するための装置である冷媒制御装置(730,730M)と、第2熱交換器を通る冷却水の流れを調整するための装置である冷却水制御装置(32)と、第1熱交換器及び第2熱交換器を通る空気の流れを調整するための装置である空気制御装置(21,22,40)と、を備えるものである。制御モジュールは、冷媒制御装置、冷却水制御装置、及び空気制御装置のうち、少なくとも1つの装置の動作を制御するための制御信号を、車両に設けられた少なくとも1つの電子制御ユニット(200,300)から受信する受信部(110)と、冷媒制御装置、冷却水制御装置、及び空気制御装置のうちの少なくとも2つの装置を、制御信号に基づいて互いに連動して動作させる連動制御を行う制御部(130)と、を備える。第1熱交換器は、車両に設けられた車両用空調装置が車室内の暖房を行う際の蒸発器として機能するものであり、連動制御において、制御部は、冷媒が流れる経路に設けられた電動膨張弁の動作と、第1熱交換器及び第2熱交換器を通過する空気の流量を調整するシャッタ(21)の動作と、を互いに連動させる。
このような構成の制御モジュールを備えた熱交換ユニットでは、冷媒制御装置、冷却水制御装置、及び空気制御装置のうち少なくとも一部の装置の動作が、車両に設けられた電子制御ユニット(ECU)によって直接行われるのではなく、制御モジュールを介して行われる。制御モジュールの制御部は、冷媒制御装置、冷却水制御装置、及び空気制御装置のうちの少なくとも2つの装置を、電子制御ユニットからの制御信号に基づいて互いに連動して動作させる連動制御を行う。
制御モジュールは、車両用空調装置の動作のみを考慮する空調ECUや、内燃機関の動作のみを考慮するエンジンECUに比べて、熱交換ユニットにおいて3つの流体の状態を比較的正確に把握することができるものである。このような制御モジュールの制御部が、空調ECU等に代わって連動制御を行うので、各種流体の流れをより適切に調整することができる。更に、ECU間の通信遅延によって各種装置の動作タイミングがずれてしまうことが無いので、より適切な制御を実現することができる。
本開示によれば、熱交換ユニットにおける冷媒、冷却水、及び空気の流れを調整するための複数の装置の動作を、適切に連動させることのできる制御モジュールが提供される。
図1は、第1実施形態に係る制御モジュールを備えた熱交換ユニットが、車両に搭載された状態を模式的に描いた図である。 図2は、図1の熱交換ユニットを上方側から見て模式的に描いた図である。 図3は、車両に搭載されている車両用空調装置の全体構成を示す図である。 図4は、図3の車両用空調装置のうち、室外用熱交換器と電動膨張弁との構成を示す図である。 図5は、熱交換ユニット及びその周囲の構成を模式的に示すブロック図である。 図6は、制御モジュールの内部構成を模式的に示すブロック図である。 図7は、制御モジュールの制御部等によって実行される処理の流れを示すフローチャートである。 図8は、第2実施形態に係る熱交換ユニットのうち、室外用熱交換器、電動膨張弁、及び電動ファンの構成を示す図である。 図9は、熱交換ユニット及びその周囲の構成を模式的に示すブロック図である。 図10は、制御モジュールの内部構成を模式的に示すブロック図である。
以下、添付図面を参照しながら本実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
第1実施形態に係る制御モジュール100は、車両50に設けられる熱交換ユニット10の制御を行うための装置として構成されている。制御モジュール100の説明に先立ち、先ず熱交換ユニット10の構成について説明する。図1及び図2に示されるように、熱交換ユニット10は複数の熱交換器(室外用熱交換器740とラジエータ31)を組み合わせてユニット化したものである。熱交換ユニット10は、車両50のエンジンルームER内に設置されている。
室外用熱交換器740は、後に説明する車両用空調装置70(図3を参照)の一部を成すものである。室外用熱交換器740は、フロントグリルの開口OPからエンジンルームER内に導入された空気と、車両用空調装置70を循環する冷媒との間での熱交換を行うための熱交換器として構成されている。室外用熱交換器740は、本実施形態における「第1熱交換器」に該当するものである。
ラジエータ31は、内燃機関であるエンジン51を通って循環する冷却水を、空気との熱交換によって冷却するための熱交換器である。ラジエータ31は、室外用熱交換器740の後方側となる位置に配置されている。このため、フロントグリルの開口OPからエンジンルームER内に導入された空気は、上記のように室外用熱交換器740を通って冷媒との熱交換に供された後、ラジエータ31を通って冷却水との熱交換に供される。ラジエータ31は、本実施形態における「第2熱交換器」に該当するものである。
熱交換ユニット10は、上記のラジエータ31及び室外用熱交換器740に加えて、シャッタ21と、電動ファン40と、シュラウド43と、電動膨張弁730と、温水弁32と、を備えている。
シャッタ21は、開口OPからエンジンルームER内に導入される空気の流量を調整するための装置であって、所謂グリルシャッタと称されるものである。シャッタ21は、室外用熱交換器740よりも前方側となる位置に配置されている。シャッタ21の開度が変化すると、室外用熱交換器740及びラジエータ31のそれぞれを通る空気の流量が変化する。
図2に示されるように、シャッタ21の近傍にはシャッタアクチュエータ22が設けられている。シャッタアクチュエータ22は、シャッタ21の開度を調整するための電動の駆動装置である。シャッタアクチュエータ22の動作は後述の制御モジュール100によって制御される。上記のように、シャッタ21及びシャッタアクチュエータ22は、室外用熱交換器740(第1熱交換器)及びラジエータ31(第2熱交換器)を通る空気の流れを調整するための装置であって、本実施形態における「空気制御装置」に該当するものである。
電動ファン40は、室外用熱交換器740及びラジエータ31を通過する空気の流れを作り出すための電動のファンである。電動ファン40は、ラジエータ31よりも後方側となる位置に配置されている。電動ファン40は、空気の流れを作り出すための回転翼41と、回転翼41を回転させるための回転電機であるファンモータ42とによって構成されている。ファンモータ42の回転数が変化すると、室外用熱交換器740及びラジエータ31を通る空気の流量が変化する。このような電動ファン40は、先に説明したシャッタ21及びシャッタアクチュエータ22と共に、本実施形態における「空気制御装置」に該当するものである。
シュラウド43は、電動ファン40の周囲を後方側から覆うように設けられた部材である。電動ファン40によって引き込まれる空気は、シュラウド43によって室外用熱交換器740及びラジエータ31に効率よく導かれる。
電動膨張弁730は、室外用熱交換器740と共に、車両用空調装置70の一部を成す装置である。後に説明するように、電動膨張弁730は、冷凍サイクルにおいて冷媒の圧力を低下させる膨張弁として機能するものである。電動膨張弁730の開度は制御モジュール100によって制御される。電動膨張弁730によって、室外用熱交換器740を通る経路で循環する冷媒の流れが調整される。このような電動膨張弁730は、本実施形態における「冷媒制御装置」に該当するものである。
温水弁32は、ラジエータ31とエンジン51との間で冷却水が循環する流路(不図示)の途中に設けられた電動の開閉弁である。本実施形態では、温水弁32はラジエータ31と隣接する位置に設けられている。温水弁32が閉状態になると、ラジエータ31に対する冷却水の供給が停止される。温水弁32の動作は制御モジュール100によって制御される。このような温水弁32は、ラジエータ31(第2熱交換器)を通る冷却水の流れを調整するための装置であって、本実施形態における「冷却水制御装置」に該当するものである。
車両用空調装置70の構成について、図3を参照しながら説明する。車両用空調装置70は、冷媒が循環する冷凍サイクルとして構成されている。車両用空調装置70は、冷媒流路710と、コンプレッサ720と、電動膨張弁750と、室内用熱交換器760と、電動膨張弁730と、室外用熱交換器740と、を備えている。図3に示されるように、車両用空調装置70はその一部(室外用熱交換器740等)が車両50のエンジンルームER内に配置されており、他部(室内用熱交換器760等)が車両50の車室IR内に配置されている。
冷媒流路710は、冷媒を循環させるために環状に配置された配管である。これから説明するコンプレッサ720等は、いずれもこの冷媒流路710に沿って配置されている。
コンプレッサ720は、冷媒を圧送し冷媒流路710において循環させるための装置である。コンプレッサ720が駆動されているときには、コンプレッサ720において圧縮され高温高圧となった冷媒が電動膨張弁750側に向けて送り出される。
電動膨張弁750は、冷媒流路710のうちコンプレッサ720よりも下流側となる位置に設けられている。電動膨張弁750は、当該位置において冷媒流路710の流路断面積を絞ることにより、通過する冷媒の圧力を低下させるものである。電動膨張弁750は不図示の電動アクチュエータによって不図示の弁体を動作させ、その開度を変化させる。
冷媒流路710のうち電動膨張弁750の近傍となる位置には、電動膨張弁750を迂回するように冷媒を流すためのバイパス流路751が設けられている。バイパス流路751の途中には電磁開閉弁752が設けられている。電磁開閉弁752が閉状態のときには、冷媒は電動膨張弁750を通る経路で冷媒流路710を循環する。電磁開閉弁752が開状態のときには、冷媒は電動膨張弁750を殆ど通らず、バイパス流路751を通る経路で冷媒流路710を循環する。
室内用熱交換器760は、冷媒流路710のうち電動膨張弁750よりも下流側となる位置に設けられている。室内用熱交換器760は、車室IRに吹き出される空気と、冷媒流路710を循環する冷媒との間で熱交換を行うための熱交換器である。車両用空調装置70は、室内用熱交換器760において空気を加熱又は冷却することにより車室IR内の空調を行う。
電動膨張弁730は、既に述べたように熱交換ユニット10の一部を成すものであって、冷媒流路710のうち室内用熱交換器760よりも下流側となる位置に設けられている。電動膨張弁730は、当該位置において冷媒流路710の流路断面積を絞ることにより、通過する冷媒の圧力を低下させるものである。電動膨張弁730は電動アクチュエータ730M(図3では不図示、図4を参照)によって不図示の弁体を動作させ、その開度を変化させる。
冷媒流路710のうち電動膨張弁730の近傍となる位置には、電動膨張弁730を迂回するように冷媒を流すためのバイパス流路731が設けられている。バイパス流路731の途中には電磁開閉弁732が設けられている。電磁開閉弁732が閉状態のときには、冷媒は電動膨張弁730を通る経路で冷媒流路710を循環する。電磁開閉弁732が開状態のときには、冷媒は電動膨張弁730を殆ど通らず、バイパス流路731を通る経路で冷媒流路710を循環する。
室外用熱交換器740は、既に述べたように熱交換ユニット10の一部を成すものである。室外用熱交換器740は、冷媒流路710のうち電動膨張弁730よりも下流側となる位置であり、コンプレッサ720よりも上流側となる位置に設けられている。室外用熱交換器740の具体的な構成については後に説明する。
車両用空調装置70によって車室IR内の暖房が行われる際には、電磁開閉弁732が閉状態に切り換えられ、電磁開閉弁752が開状態に切り換えられる。冷媒は、電動膨張弁730を通る経路で冷媒流路710を循環し、電動膨張弁730を通る際においてその温度及び圧力を低下させる。つまり、車室IR内の暖房が行われる際には、電動膨張弁730は冷凍サイクルの「膨張弁」として機能する。
室外用熱交換器740には、電動膨張弁730を通過した低温低圧の冷媒が供給される。室外用熱交換器740では、低温の冷媒によって空気からの吸熱が行われ、これにより冷媒が蒸発する。つまり、車室IR内の暖房が行われる際には、室外用熱交換器740は冷凍サイクルの「蒸発器」として機能する。
室外用熱交換器740を通過した冷媒は、コンプレッサ720において圧縮され、その温度及び圧力を上昇させた状態で下流側に送り出される。高温高圧となった冷媒は、バイパス流路751を経て室内用熱交換器760に供給される。
室内用熱交換器760では、冷媒から空気への放熱が行われ、これにより冷媒が凝縮する。つまり、車室IR内の暖房が行われる際には、室内用熱交換器760は冷凍サイクルの「凝縮器」として機能する。空気は、室内用熱交換器760における熱交換によってその温度を上昇させた後、空調風として車室IR内に吹き出される。
室内用熱交換器760を通過した冷媒は、冷媒流路710を通って再び電動膨張弁730に到達する。図3では、車室IR内の暖房が行われる際において上記のように冷媒が循環する経路が、複数の矢印で示されている。
車両用空調装置70によって車室IR内の冷房が行われる際には、電磁開閉弁732が開状態に切り換えられ、電磁開閉弁752が閉状態に切り換えられる。当該状態においては、冷媒流路710を循環する冷媒は電動膨張弁730をバイパスして流れる一方で、電動膨張弁750を通るようになる。冷媒は、電動膨張弁750を通る際においてその温度及び圧力を低下させる。つまり、車室IR内の冷房が行われる際には、電動膨張弁750が冷凍サイクルの「膨張弁」として機能する。
室内用熱交換器760には、電動膨張弁730を通過した低温低圧の冷媒が供給される。室内用熱交換器760では、低温の冷媒によって空気からの吸熱が行われ、これにより冷媒が蒸発する。つまり、車室IR内の冷房が行われる際には、室内用熱交換器760が冷凍サイクルの「蒸発器」として機能する。
また、室外用熱交換器740では、冷媒から空気への放熱が行われる。つまり、車室IR内の暖房が行われる際には、室外用熱交換器740は冷凍サイクルの「凝縮器」として機能する。このとき、コンプレッサ720よる冷媒の圧縮が、室外用熱交換器740の下流側ではなく上流側において行われるように、冷媒の流れる経路が不図示の配管や切換え弁等によって予め変更されるような構成としてもよい。
室外用熱交換器740の具体的な構成について、図4を参照しながら説明する。室外用熱交換器740は、一対のタンク741、742と、これらの間に配置されたコア部743とを備えている。タンク741、742は、いずれも上下方向に伸びるように形成された細長い形状の容器である。タンク741、742には、冷媒流路710を循環する冷媒が一時的に貯えられる。
コア部743は、室外用熱交換器740において冷媒と空気との熱交換が行われる部分である。コア部743には、複数のチューブ及びフィンが(いずれも不図示)配置されている。チューブは、例えば断面が扁平形状の管であって、その内部には冷媒が通る流路が形成されている。複数のチューブは、いずれもタンク741とタンク742との間を繋いでおり、互いの主面を対向させた状態で上下に積層するように配置されている。
フィンは、金属板を波状に折り曲げることにより形成されたものであって、積層されたそれぞれのチューブの間に配置されている。波状であるフィンのそれぞれの頂部は、チューブの外表面に対して当接しており、且つろう接されている。このため、暖房時において室外用熱交換器740を通過する空気の熱は、チューブを介して冷媒に伝達されるだけでなく、フィン及びチューブを介しても冷媒に伝達される。つまり、フィンによって空気との接触面積が大きくなっており、冷媒と空気との熱交換が効率よく行われる。尚、上記のようなフィン及びチューブを有するコア部743の構成としては公知のものを採用し得るので、その詳細な図示及び説明については省略する。
タンク741及びタンク742の内部空間は、不図示のセパレータによって上下に分かれるように仕切られている。室外用熱交換器740を通る冷媒は、タンク741とタンク742との間を複数回行き来しながら、コア部743における熱交換に供される。
タンク741の側方(コア部743とは反対側)には、モジュレータタンク770が設けられている。モジュレータタンク770は、上下方向に伸びるように形成された細長い形状の容器であって、タンク741と平行に並ぶように配置されている。
モジュレータタンク770とタンク741との間は、接続配管771、772、773によって接続されている。室外用熱交換器740を通る冷媒は、接続配管771、772、773からモジュレータタンク770を経由しながら、上記のようにタンク741とタンク742との間を複数回行き来する。モジュレータタンク770には液相の冷媒が貯えられている。気液混合の状態で流れている冷媒は、モジュレータタンク770を通過する際において気液が分離された状態となる。
本実施形態では、電動膨張弁730の電動アクチュエータ730Mがモジュレータタンク770の上端に取り付けられている。これにより、電動膨張弁730とモジュレータタンク770とが一体となっている。電動膨張弁730のうち流路断面積を絞るための弁体(不図示)は、電動アクチュエータ730Mの直下となる位置に設けられており、モジュレータタンク770の内部に配置されている。
電動アクチュエータ730Mには、電動アクチュエータ730Mを動作させるための回路基板BD1が設けられている。回路基板BD1には、電動アクチュエータ730Mを動作させるために必要な構成部品の他、制御モジュール100の構成部品も配置されている。つまり、本実施形態に係る制御モジュール100は、冷媒制御装置である電動膨張弁730と一体に構成されている。
図5を参照しながら、制御モジュール100を含む熱交換ユニット10、及びその周囲の構成について説明する。既に述べたように、熱交換ユニット10はその全体が車両50のエンジンルームER内に配置されている。
エンジンルームER内には、熱交換ユニット10における3流体(冷媒、冷却水、空気)の流れを制御するために必要な複数のセンサが配置されている。このようなセンサとしては、例えば、冷媒流路710の各部における冷媒の圧力を測定する圧力センサや、各部における冷媒の温度を測定する温度センサ、シャッタ21の開度を測定する開度センサ等が挙げられる。それぞれのセンサで測定された値は、電気信号(検知信号)として制御モジュール100に入力される。図5においては、これら複数のセンサが、符号60が付された単一のブロックとして描かれている。以下では、これら複数のセンサのことを総じて「センサ60」とも表記する。
車両50の車室IRには、エンジンECU200と空調ECU300とが配置されている。これらはいずれも、CPU、ROM、RAM、通信インタフェース等を有するコンピュータシステムとして構成されている。エンジンECU200及び空調ECU300は、いずれも本実施形態における「電子制御ユニット」に該当するものである。
エンジンECU200は、エンジン51の制御を行うための制御装置である。エンジンECU200は、エンジン51とラジエータ31との間で循環する冷却水の流量の調整や、温水弁32の動作制御、シャッタ21の開度の調整、及び電動ファン40の回転数の調整等を行う。尚、エンジンECU200によって行われる制御のうち一部の制御(例えばシャッタアクチュエータ22の動作制御)は、制御モジュール100を介して行われる。
エンジンECU200と制御モジュール100との間では、LIN等のネットワークを介した通信が行われる。制御モジュール100は、エンジンECU200から送信される制御信号を受信し、当該制御信号に基づいて各種機器(シャッタアクチュエータ22等)の動作制御を行う。ただし、制御モジュール100は、常に制御信号の通りに各種機器の動作制御を行うのではなく、制御信号に示される制御とは異なる制御を行うことがある。詳細については後に説明する。
空調ECU300は、車両用空調装置70の制御を行うための制御装置である。空調ECU300は、車両用空調装置70を構成する各種の機器(電動膨張弁730)のそれぞれの動作を制御することにより、車室IR内の空調を適切に行う。尚、空調ECU300によって行われる制御のうち一部の制御(例えば電動膨張弁730の動作制御)は、制御モジュール100を介して行われる。
空調ECU300と制御モジュール100との間では、LIN等のネットワークを介した通信が行われる。制御モジュール100は、空調ECU300から送信される制御信号を受信し、当該制御信号に基づいて各種機器(電動膨張弁730等)の動作制御を行う。ただし、制御モジュール100は、常に制御信号の通りに各種機器の動作制御を行うのではなく、制御信号に示される制御とは異なる制御を行うことがある。詳細については後に説明する。
車両50には、各種機器に電力を供給するための電源系統が複数設けられている。図5に示されるように、制御モジュール100には電源系統PL1からの電力が供給されており、エンジンECU200には電源系統PL2からの電力が供給されており、空調ECU300には電源系統PL3からの電力が供給されている。
電源系統PL1は、車両50に設けられたバッテリ(不図示)からの電力が直接供給される電源系統である。このため、車両50のイグニッションスイッチ(不図示)がオンであるかオフであるかに拘らず、制御モジュール100には電源系統PL1からの電力が常に供給されている。
電源系統PL2は、車両50に設けられたオルタネータ(不図示)からの電力が供給される電源系統である。このため、車両50のイグニッションスイッチがオンとされ、エンジン51が動作しているときには、エンジンECU200には電源系統PL2からの電力が供給される。一方、車両50のイグニッションスイッチがオフとされ、エンジン51が停止しているときには、エンジンECU200には電源系統PL2からの電力が供給されない。
電源系統PL3は、電源系統PL1と同様に、車両50に設けられたバッテリからの電力が直接供給される電源系統である。このため、車両50のイグニッションスイッチがオンであるかオフであるかに拘らず、空調ECU300には電源系統PL3からの電力が常に供給されている。
図6を参照しながら、制御モジュール100の構成について説明する。制御モジュール100は、受信部110と、入力部120と、制御部130と、ドライバ141、142と、HUB143とを備えている。
受信部110は、エンジンECU200及び空調ECU300のそれぞれから、各種機器の動作を制御するための制御信号を受信する部分である。当該制御信号は、これまでに説明した冷媒制御装置、冷却水制御装置、及び空気制御装置の動作を制御するための信号である。尚、本実施形態では、エンジンECU200及び空調ECU300からなる2つのECUから制御信号が送信され、当該制御信号が受信部110によって受信される。このような態様に替えて、単一のECUからの制御信号が、受信部110によって受信されるような態様であってもよい。
また、本実施形態では、シャッタアクチュエータ22の動作を制御するための制御信号、及び温水弁32の動作を制御するための制御信号が、エンジンECU200から送信され受信部110によって受信される。また、電動膨張弁730の動作を制御するための制御信号が空調ECU300から送信され、受信部110によって受信される。つまり、複数の装置の動作を制御するための制御信号が受信部110によって受信される。このような態様に替えて、受信部によって受信される制御信号は単一の装置の動作を制御するためのものであってもよい。
入力部120は、センサ60からのそれぞれの検知信号が入力される部分である。後に説明するように、制御モジュール100は、冷媒制御装置、冷却水制御装置、及び空気制御装置に含まれる複数の装置の動作を連動させる制御(以下では「連動制御」とも称する)を行うように構成されている。入力部120に入力される検知信号には、この連動制御を行うために必要なセンサからの検知信号が含まれる。連動制御を行うために必要なセンサからの検知信号は、他のECU(電子制御ユニット)を介することなく、それぞれのセンサから制御モジュール100に対して直接入力される。通信によるタイムラグが生じないので、制御モジュール100は、各種センサにおける測定値を瞬時に把握することができる。
制御部130は、後述のドライバ141等を介して、冷媒制御装置、冷却水制御装置、及び空気制御装置に含まれる各種機器の動作を制御する部分である。エンジンECU200や空調ECU300から受信された制御信号は、受信部110から制御部130へと入力される。また、センサ60から入力された各種の検知信号は、入力部120から制御部130へと入力される。制御部130は、入力された制御信号及び検知信号に基づいて、後に説明する連動制御を行う。
ドライバ141は、温水弁32に駆動用電流を供給するための部分である。ドライバ141には、動作用の電力として電源系統PL1からの電力が供給されている。ドライバ141には不図示のスイッチング素子が設けられている。ドライバ141には、電源系統PL1からの駆動用電流を温水弁32に供給するための回路が形成されており、当該回路の開閉がスイッチング素子によって切り換えられる。制御部130からの信号によってスイッチング素子が閉状態とされると、温水弁32が動作して閉状態となり、ラジエータ31に対する冷却水の供給が停止される。制御部130からの信号によってスイッチング素子が開状態とされると、温水弁32が開状態となり、ラジエータ31に対する冷却水の供給が開始される。
ドライバ142は、電動膨張弁730の電動アクチュエータ730Mに駆動用電流を供給するための部分である。ドライバ142には、動作用の電力として電源系統PL1からの電力が供給されている。ドライバ142には、電動アクチュエータ730Mに供給される駆動用電流の大きさを調整するための回路が形成されている。電動アクチュエータ730Mに供給される駆動用電流の大きさは、制御部130からの信号によって調整される。電動アクチュエータ730Mに供給される駆動用電流が大きくなると、電動膨張弁730の開度が大きくなる。電動アクチュエータ730Mに供給される駆動用電流が小さくなると、電動膨張弁730の開度が小さくなる。
HUB143は所謂集線装置である。HUB143には、冷媒制御装置、冷却水制御装置、及び空気制御装置に含まれる各種機器の一部に繋がる信号線が接続される。本実施形態では、シャッタアクチュエータ22に繋がる信号線がHUB143に接続されている。また、HUB143には、動作用の電力として電源系統PL1からの電力が供給されている。
制御部130は、シャッタアクチュエータ22に対して(駆動用の電流ではなく)制御用の信号のみを送信することにより、シャッタアクチュエータ22の動作を制御するように構成されている。シャッタアクチュエータ22には、その動作を制御するためのドライバ(不図示)が内蔵されている。当該ドライバは、制御部130からHUB143を介して送信される制御用の信号に基づいて動作し、シャッタ21の開度を調整する。HUB143に繋がる機器の数は、本実施形態のように1つであってもよく、2つ以上であってもよい。
また、HUB143が設けられておらず、冷媒制御装置、冷却水制御装置、及び空気制御装置に含まれる各種機器の全てが、本実施形態における温水弁32のように、ドライバを介して制御部130に接続されているような態様であってもよい。制御部130と各種機器との間における通信のタイムラグが問題となるような場合には、このような構成の方が好ましい。
上記とは逆に、冷媒制御装置、冷却水制御装置、及び空気制御装置に含まれる各種機器の全てが、本実施形態におけるシャッタアクチュエータ22のように、HUB143を介して制御部130に接続されているような態様であってもよい。制御モジュール100や熱交換ユニット10の拡張性に鑑みれば、このような構成の方が好ましい。
連動制御を行うに当たり、制御部130で実行される具体的な処理の流れについて説明する。図7には3つのフローチャートFC1、FC2、FC3が示されている。左側に示されるフローチャートFC1は、エンジンECU200によって行われる処理の流れを示している。尚、エンジンECU200においては、フローチャートFC1に示される処理と並行して複数の処理が行われているのであるが、当該処理については図示を省略している。
真ん中に示されるフローチャートFC2は、空調ECU300によって行われる処理の流れを示している。尚、空調ECU300においては、フローチャートFC2に示される処理と並行して複数の処理が行われているのであるが、当該処理については図示を省略している。
右側に示されるフローチャートFC3は、制御部130によって行われる処理の流れを示している。尚、制御部130においては、フローチャートFC3に示される処理と並行して複数の処理(例えば、温水弁32の開度を調整するための処理)が行われているのであるが、当該処理については図示を省略している。
フローチャートFC1、フローチャートFC2、及びフローチャートFC3のそれぞれに示される一連の処理は、いずれも、所定の制御周期が経過する毎に繰り返し実行されている。
フローチャートFC1について説明する。最初のステップS01では、シャッタ21の開度についての目標値がエンジンECU200によって算出される。当該目標値は、例えばエンジン51の動作状態や、エンジン51とラジエータ31との間を循環する冷却水の温度等に基づいて算出される。
ステップS01に続くステップS02では、ステップS01で算出されたシャッタ21の開度の目標値が、エンジンECU200から制御モジュール100に向けた制御信号として送信される。
フローチャートFC2について説明する。最初のステップS11では、電動膨張弁730の開度についての目標値が空調ECU300によって算出される。当該目標値は、例えば室外用熱交換器740の表面温度や、空調風の設定温度等に基づいて算出される。
ステップS11に続くステップS12では、ステップS11で算出された電動膨張弁730の開度の目標値が、制御信号として空調ECU300から制御モジュール100に向けた制御信号として送信される。
フローチャートFC3について説明する。最初のステップS21では、ステップS12で送信された電動膨張弁730の開度の目標値が、受信部110によって受信される。ステップS21に続くステップS22では、電動膨張弁730の開度を上記目標値に一致させるよう、電動アクチュエータ730Mの制御が開始される。既に述べたように、当該制御は、制御部130がドライバ142に制御用の信号を送信することにより行われる。
ステップS22に続くステップS23では、ステップS21で受信された電動膨張弁730の開度の目標値が、前回の制御周期において受信された目標値から変更されたか否かが判定される。
電動膨張弁730の開度の目標値が変更されていない場合には、ステップS25に移行する。ステップS25では、ステップS02で送信されたシャッタ21の開度の目標値が、受信部110によって受信される。その後、ステップS25に続くステップS26では、シャッタ21の開度を上記目標値に一致させるよう、シャッタアクチュエータ22の制御が開始される。既に述べたように、当該制御は、制御部130がHUB144を介して制御用の信号を送信することにより行われる。
ステップS23から、上記のようにステップS24を経ることなくステップS25、ステップS26と移行した場合には、冷媒流路710を循環する冷媒の状態は平衡状態となっており、比較的安定した状態となっている。この場合、上記のような制御が行われる結果、電動膨張弁730の開度は、空調ECU300によって算出された開度に一致した状態とされる。また、シャッタ21の開度は、エンジンECU200によって算出された開度に一致した状態とされる。
ステップS23において、電動膨張弁730の開度の目標値が変更されていた場合には、ステップS24に移行する。ステップS24に移行したということは、冷媒流路710を循環する冷媒の状態は平衡状態からずれ始めているということである。この場合には、エンジンECU200によって算出されたシャッタ21の開度の目標値、すなわち、エンジン51の状態のみを考慮して決定された開度の目標値は、車両用空調装置70にとっては適切な開度ではない可能性がある。
そこで、ステップS24では、シャッタ21の開度についての補正量が算出される。制御モジュール100では、電動膨張弁730の開度と、シャッタ21の開度についての補正量との関係が予めマップとして記憶されている。ステップS24では、当該マップを参照することにより、シャッタ21の開度についての補正量が算出される。
ステップS24における補正量の算出は、センサ60からの信号に基づいて行われてもよい。例えば、シャッタ21の実際の開度を測定するためのセンサからの信号や、外気温センサからの信号、車速センサからの信号等に基づいて、補正量の算出が行われることとしてもよい。
ステップS24の処理の後はステップS25に移行する。ステップS23から、このようにステップS24を経てステップS25、ステップS26と移行した場合には、ステップS26では、シャッタ21の開度を補正後の目標値(つまり、ステップS25で受信された目標値に、ステップS24で算出された補正値を加えた値)に一致させるよう、シャッタアクチュエータ22の制御が開始される。
本実施形態では、制御信号に基づいて調整される電動膨張弁730の開度が小さくなるほど、シャッタ21の開度が大きくなるように、上記の補正量が算出される。換言すれば、電動膨張弁730の開度が大きくなるほど、シャッタ21の開度が小さくなるように、上記の補正量が算出される。このように、本実施形態では電動膨張弁730の開度に応じたシャッタ21の開度の調整が行われる。
電動膨張弁730の開度が小さくなり、室外用熱交換器740における吸熱量が増加した場合には、シャッタ21の開度が大きくなることにより、シャッタ21を通過する空気の流量が大きくなる。逆に、電動膨張弁730の開度が大きくなり、室外用熱交換器740における吸熱量が低下した場合には、シャッタ21の開度が小さくなることにより、シャッタ21を通過する空気の流量が小さくなる。
このような制御が行われることにより、室外用熱交換器740における冷媒の圧力や温度の急激な変化が抑制される。このため、例えばコンプレッサ720が緊急停止してしまうような事態が防止される。
以上のように、本実施形態に係る制御モジュール100の制御部130では、室外用熱交換器740の動作と、シャッタ21の動作とを互いに連動させる制御、すなわち連動制御が実行される。連動制御においては、シャッタ21の開度が必要に応じて補正されるので、熱交換ユニット10における空気及び冷媒の流れをより適切に調整することができる。尚、シャッタ21の動作を制御するにあたっては、上記のように制御信号に示されるシャッタ21の動作を制御部130が補正するような処理が行われてもよいが、シャッタ21の動作の全てを、上位ECUからの制御信号とは独立に制御部130が決定するような態様であってもよい。例えば、エンジンECU200からはシャッタ21を動作させるような制御信号が送信されていない場合であっても、必要に応じて制御部130がシャッタ21を動作させる処理を行うような態様であってもよい。
また、室外用熱交換器740の動作と、シャッタ21の動作とが、いずれも制御部130によって制御されるので、ECU間の通信遅延によってそれぞれの装置の動作タイミングがずれてしまうことがなく、より適切な制御を実現することが可能となっている。
更に、連動制御において室外用熱交換器740の動作を制御するための第1処理(ステップS22)と、シャッタアクチュエータ22の動作を制御するための第2処理(ステップS26)とが、本実施形態では単一の前記制御周期に含まれる期間内において実行される。このため、第1処理と第2処理とをほぼ同時のタイミングで実行することができる。
また、第1処理の実行タイミングと第2処理の実行タイミングとをずらすこともできる。例えば、ステップS22の処理が最初に実行されてから、制御周期が所定回数経過した後に、ステップS26の処理が開始されることとしてもよい。換言すれば、制御周期が所定回数経過するまでの間は、ステップS26の処理がスキップされることとしてもよい。これにより、第1処理及び第2処理のそれぞれを適切なタイミングで実行することが可能となる。
尚、上記の第1処理において動作が制御される装置(第1装置)、及び上記の第2処理において動作が制御される装置(第2装置)としては、熱交換システム10に含まれる冷媒制御装置、冷却水制御装置、及び空気制御装置の中から、それぞれ任意の装置を選択することができる。これにより、連動制御において複数の装置を動作させるための各処理が、単一の前記制御周期に含まれる期間内において実行されることとすればよい。
制御モジュール100は、エンジン51の動作のみを考慮するエンジンECU200や、車両用空調装置70の動作のみを考慮する空調ECU300に比べて、熱交換ユニット10において3つの流体の状態を比較的正確に把握することができるものである。このような制御モジュール100の制御部130が、空調ECU300等に代わって連動制御を行うので、各種流体の流れをより適切に調整することができる。
本実施形態では、冷媒制御装置の1つである電動膨張弁730の動作と、空気制御装置の1つであるシャッタアクチュエータ22の動作とを連動させるように、上記の連動制御が行われる。上記に示される連動制御の対象となる複数の機器の組み合わせはあくまで一例であって、上記とは異なる組み合わせとなるように任意に設定してもよい。また、3つ以上の機器を連動させるような連動制御が行われることとしてもよい。
例えば、冷却水制御装置の1つである温水弁32の動作と、空気制御装置の1つであるシャッタ21の動作とを連動させる様に、連動制御が行われることとしてもよい。具体的には、シャッタ21が閉じられた際に温水弁32を閉状態に切り換えることで、エンジン51の暖機をより迅速に行うことが可能となる。
また、冷媒制御装置の1つである電動膨張弁730の動作と、冷却水制御装置の1つである温水弁32の動作とを連動させる様に、連動制御が行われることとしてもよい。具体的には、室外用熱交換器740の除霜を行う際において、電動膨張弁730の開度を大きくするとともに温水弁32を開状態とすることで、冷却水の熱を利用した迅速な除霜を行うことが可能となる。この場合、エンジンECU200からは温水弁32を開状態とするような制御信号が送信されなくても、制御部130は、温水弁32を開状態とする制御を行うこととなる。
本実施形態では、制御モジュール100がエンジンルームER内に配置されており、電動膨張弁730やシャッタアクチュエータ22等と近い位置においてこれらの制御を行うように構成されている。このため、エンジンECU200や空調ECU300が電動膨張弁730等の制御を直接行うような構成に比べて、車室IRから電動膨張弁730等に向けて引き回されるハーネスの数を減らすことができる。
制御モジュール100は電動膨張弁730の回路基板BD1上に構成されており、電動膨張弁730と一体に構成されている。このため、冷媒制御装置の1つである電動膨張弁730の動作制御を、空調ECU300からの制御信号を受信した直後において迅速に開始することができる。制御モジュール100は、冷媒制御装置、冷却水制御装置、空気制御装置のうち、電動膨張弁730とは異なる他の機器と一体に構成されていてもよい。ただし、制御モジュール100が一体とされる機器は、連動制御において互いに連動して動作する複数の装置のうちの1つであることが好ましい。
本実施形態では、車両50のエンジン51が停止した状態においても電力を供給し得る電源系統PL1から、連動制御を行うために必要な全ての電力が制御モジュール100に供給されており、当該電力がドライバ141、142、及びHUB143に分配されている。このため、エンジン51が停止した状態においても連動制御を行うことができる。
ところで、エンジン51が停止した状態においても電動膨張弁730等の制御を実行可能とする構成としては、例えば、エンジンECU200及び空調ECU300のそれぞれに、電源系統PL1からの電力が供給される構成とすることも考えられる。しかしながら、そのような構成においては、イグニッションスイッチがオフの状態で消費される待機電力が増加してしまうので好ましくない。本実施形態の構成によれば、ECUにおける待機電力が抑制されるという効果も得られる。
第2実施形態について説明する。以下では、第1実施形態と異なる点についてのみ説明し、第1実施形態と共通する点については適宜説明を省略する。
図8に示されるように、第2実施形態に係る熱交換ユニット10Aにおいては、電動ファン40に、ファンモータ42を動作させるための回路基板BD2が設けられている。回路基板BD2には、ファンモータ42を動作させるために必要な構成部品の他、本実施形態に係る制御モジュール100Aの構成部品も配置されている。つまり、制御モジュール100Aは、空気制御装置である電動ファン40と一体に構成されている。制御モジュール100Aと電動膨張弁730との間は、不図示の通信線によって繋がれている。図8においては、電動ファン40が有する回転翼41の図示が省略されている。
制御モジュール100Aを含む熱交換ユニット10A、及びその周囲の構成は、図9に示されるようなものとなっている。本実施形態では、空気制御装置の1つである電動ファン40の動作と、冷却水制御装置の1つである温水弁32の動作と、冷媒制御装置の1つである電動膨張弁730の動作とが、制御モジュール100Aによって制御される。
図10に示されるように、制御モジュール100Aは、ドライバ141、144、及びHUB145を備えている。ドライバ141には、第1実施形態と同様に温水弁32が接続されている。
ドライバ144は、電動ファン40のファンモータ42に駆動用電流を供給するための部分である。ドライバ144には、動作用の電力として電源系統PL1からの電力が供給されている。ドライバ144には、ファンモータ42に供給される駆動用電流の大きさを調整するための回路が形成されている。ファンモータ42に供給される駆動用電流の大きさは、制御部130からの信号によって調整される。ファンモータ42に供給される駆動用電流が大きくなると、回転翼41の回転数が大きくなる。ファンモータ42に供給される駆動用電流が小さくなると、回転翼41の回転数が小さくなる。
HUB145は、第1実施形態のHUB143と同様の集線装置である。HUB145には、冷媒制御装置、冷却水制御装置、及び空気制御装置に含まれる各種機器の一部に繋がる信号線が接続される。本実施形態では、電動膨張弁730の電動アクチュエータ730Mに繋がる信号線がHUB145に接続されている。また、HUB145には、動作用の電力として電源系統PL1からの電力が供給されている。
本実施形態では、空気制御装置の1つである電動ファン40の動作と、冷媒制御装置の1つである電動膨張弁730の動作とを連動させるように、連動制御が行われる。
本実施形態でも第1実施形態と同様に、車両50のエンジン51が停止した状態においても電力を供給し得る電源系統PL1から、連動制御を行うために必要な全ての電力が制御モジュール100に供給されており、当該電力がドライバ141、142、及びHUB145に分配されている。このため、エンジン51が停止した状態においても連動制御を行うことができる。
例えば、エンジン51が停止した状態における車室IR内の空調(プレ空調)を行う際において、電動膨張弁730の開度に応じて電動ファン40の回転数を変化させるような連動制御を行うことができる。これにより、電動ファン40の回転数を常に一定とするような制御に比べて、電動ファン40における消費電力を抑制することができる。
以上、具体例を参照しつつ本実施形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。
50:車両
10,10A:熱交換ユニット
70:車両用空調装置
730:電動膨張弁
740:室外用熱交換器
100,100A:制御モジュール
110:受信部
120:入力部
130:制御部
200:エンジンECU
300:空調ECU

Claims (10)

  1. 車両(50)に設けられる熱交換ユニット(10,10A)の制御を行う制御モジュール(100,100A)であって、
    前記熱交換ユニットは、
    空調用の冷媒と空気との熱交換を行う第1熱交換器(740)と、
    冷却水と空気との熱交換を行う第2熱交換器(31)と、
    前記第1熱交換器を通る冷媒の流れを調整するための装置である冷媒制御装置(730,730M)と、
    前記第2熱交換器を通る冷却水の流れを調整するための装置である冷却水制御装置(32)と、
    前記第1熱交換器及び前記第2熱交換器を通る空気の流れを調整するための装置である空気制御装置(21,22,40)と、を備えるものであり、
    前記冷媒制御装置、前記冷却水制御装置、及び前記空気制御装置のうち、少なくとも1つの装置の動作を制御するための制御信号を、前記車両に設けられた少なくとも1つの電子制御ユニット(200,300)から受信する受信部(110)と、
    前記冷媒制御装置、前記冷却水制御装置、及び前記空気制御装置のうちの少なくとも2つの装置を、前記制御信号に基づいて互いに連動して動作させる連動制御を行う制御部(130)と、を備え
    前記第1熱交換器は、前記車両に設けられた車両用空調装置が車室内の暖房を行う際の蒸発器として機能するものであり、
    前記連動制御において、前記制御部は、
    冷媒が流れる経路に設けられた電動膨張弁の動作と、
    前記第1熱交換器及び前記第2熱交換器を通過する空気の流量を調整するシャッタ(21)の動作と、を互いに連動させる制御モジュール。
  2. 前記連動制御を行うために必要な全ての電力が、前記車両の内燃機関が停止した状態においても電力を供給し得る電源系統(PL1)から供給されるように構成されている、請求項1に記載の制御モジュール。
  3. 前記冷媒制御装置、前記冷却水制御装置、及び前記空気制御装置のうち、前記連動制御において互いに連動して動作する装置の少なくとも1つと一体に構成されている、請求項1に記載の制御モジュール。
  4. 前記冷媒制御装置と一体に構成されており、
    当該冷媒制御装置は車両用空調装置に設けられた電動膨張弁(730)である、請求項3に記載の制御モジュール。
  5. 前記連動制御を行うために必要なセンサ(60)からの検知信号が入力される部分、である入力部(120)を更に備え、
    前記入力部には、前記検知信号が、前記電子制御ユニットを介することなく前記センサから直接入力される、請求項3に記載の制御モジュール。
  6. 前記制御部は、前記連動制御を行うために必要な処理を、所定の制御周期が経過する毎に繰り返し実行するものであって、
    前記冷媒制御装置、前記冷却水制御装置、及び前記空気制御装置のうち、前記連動制御において互いに連動して動作する2つの装置を、それぞれ第1装置及び第2装置としたときに、
    前記連動制御において前記第1装置の動作を制御するための第1処理と、前記連動制御において前記第2装置の動作を制御するための第2処理とが、単一の前記制御周期に含まれる期間内において実行されるように構成されている、請求項1に記載の制御モジュール。
  7. 前記制御部は、
    前記制御信号に基づいて調整される前記電動膨張弁の開度に応じて、前記シャッタの開度を調整する、請求項に記載の制御モジュール。
  8. 前記制御部は、
    前記電動膨張弁の開度が小さくなると、前記シャッタの開度を大きくする、請求項に記載の制御モジュール。
  9. 前記制御部は、
    前記冷媒制御装置、前記冷却水制御装置、及び前記冷媒制御装置のうちの少なくとも1つの装置に対し、制御用の信号を送信することによって、当該装置の制御を行うように構成されている、請求項1に記載の制御モジュール。
  10. 前記冷媒制御装置、前記冷却水制御装置、及び前記冷媒制御装置のうちの少なくとも1つの装置に対し、制御用の信号を送信するための集線装置(143,145)を更に備える、請求項に記載の制御モジュール。
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